CEA Grenoble
Sujet de thèse 2010-2012
Laboratoire Biopuces / iRTSV / DSV
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Comportement des cellules souches induites (iPS) dans l’environnement contraint de microcapsules polymériques
Si les recherches sur le Cancer sont fortement orientées vers les déterminants génétiques, des travaux récents ont révélé le rôle primordial du microenvironnement cellulaire dans la cancérogénèse et la réversion tumorale [1]. Afin d’aborder cette problématique, la complexité 3D d’un tissu ou d’une tumeur doit être prise en compte. Pour cela, les microtechnologies représentent une voie intéressante par la conception d’«architectures 3D» dédiées aux microcultures cellulaires [2]. Ainsi, le travail de thèse proposé sera mené en collaboration avec des équipes du CEA-LETI qui développent notamment des microsystèmes fluidiques pour des applications en recherche biologique ou clinique.
Dans ce cadre, le LETI a mis en place récemment un « lab-on-chip » pour l’encapsulation polymérique de cellules pancréatiques à des fins de transplantation in vivo [3]. De tels microsystèmes peuvent générer de façon précise et reproductible, des microcapsules poreuses, transparentes, de forme contrôlée et monodisperse. Le travail proposé vise à étudier un nouveau système de culture 3D basé sur l’encapsulation de cellules souches induites (iPS) uniques.
Les iPS (induced Pluripotent Stem cells) représentent un modèle de choix au laboratoire Biopuces pour l’étude des équilibres prolifération / différenciation en cancérologie. Les iPS, développées dans les années 2006-2007, sont issues de cellules différenciées qui ont été « déprogrammées » pour retrouver un phénotype pluripotent de cellules souches embryonnaires humaines [4]. De ce fait, elles ont le potentiel de générer de nombreux types cellulaires spécifiques d’un patient ou d’une pathologie et présentent ainsi un fort intérêt en médecine régénérative pour la transplantation et la réimplantation sans rejet de cellules de type musculaire, endothéliales ou neuronales.
Les iPS, comme les cellules souches embryonnaires, s’organisent spontanément en structure 3D sous forme de sphéroïdes (ou corps embryonnaires), qui se révèlent néanmoins très hétérogènes, tumorigènes et présentent un faible rendement de production. Nous proposons d’étudier et de caractériser les conditions optimales de culture des iPS dans un nouvel environnement contraint et contrôlé qu’est celui de microcapsules. Le travail consistera à étudier dans ces conditions de cultures atypiques, à l’échelle de la cellule unique et à l’échelle de sphéroïdes, le devenir des iPS en termes de prolifération et de différenciation, à l’aide de marqueurs appropriés. Plus spécifiquement, notre objectif est de caractériser : 1) l’effet des contraintes extérieures physiques et mécaniques (taille, déformation et fusion de microcapsules) ; 2) l’effet de facteurs solubles du microenvironnement (facteurs de croissance, cytokines, force ionique, etc..) et enfin 3) l’effet de l’ablation de certains gènes par ARN interférence sur ces équilibres prolifération/différenciation.
Une meilleure connaissance des effets des facteurs environnementaux sur la culture des iPS pourrait permettre d’améliorer le rendement de production de ces cellules et de mieux contrôler les conditions de réimplantation en limitant l’apparition de tumeurs. Par ailleurs, ce travail ouvre des perspectives essentielles en thérapie cellulaire et ingénierie tissulaire.
Summary:
In recent papers the crucial role of the cellular microenvironment in cancerogenesis was shown [1]. In order to address this issue, the 3D complexity of a tissue or a tumour should be considered. Microtechnologies provide a way to develop new 3D architectures for cellular microcultures [2]. In collaboration with CEA-LETI [3], this work aims to study a new 3D cell culture microsystem based on the encapsulation of induced pluripotent stem cells (iPS) [4]. iPS derive from differentiated cells and have been reprogrammed to recover the pluripotent phenotype of embryonic stem cells. Therefore they have the potential to generate many kinds of tissues from individual patients and thus represent a great interest for regenerative medicine. We aim to characterize the optimal conditions for iPS culture in the constraint environment of microcapsules.
In these atypical culture conditions, the candidate will use specific phenotypic markers to study: 1) the effect of external physical and mechanical constraints (microcapsules size, deformation, and fusion); 2) the effect of soluble factors (growth factors, cytokines, ionic force…) and 3) the effect of gene silencing by siRNA, on proliferation and differentiation of iPS.
This work would open new insights in the field of cell therapy and tissue engineering.
Financement / financial support: CEA (CFR)
Contact: Nathalie Picollet-D’hahan
Laboratory: CEA Grenoble / DSV / iRTSV / Biopuces
Tel: 04 38 78 67 78
Address: 17 rue des martyrs. 38054 Grenoble
Email: Nathalie.picollet-dhahan@cea.fr
Publications (on this subject):
[1] Ingber DE. “Can cancer be reversed by engineering the tumor microenvironment ?” Seminar in Cancer Biology 18 : 356-364, 2008.
[2] Gidrol X. et al. “2D and 3D cell microarrays in pharmacology”. Curr. Op. Pharmacol. 9 : 1-5, 2009.
[3] Levot-Morales S. ”Microsystème pour l’encapsulation de cellules pancréatiques”, thèse CEA-LETI, DTBS, 2009.
[4] Takahashi K. et al “Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors”. Cell 131: 861-872, 2007.
